научная статья по теме СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭЭГ ЧЕЛОВЕКА ПРИ ПРОСЛУШИВАНИИ МУЗЫКАЛЬНЫХ ПРОИЗВЕДЕНИЙ Биология

Текст научной статьи на тему «СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭЭГ ЧЕЛОВЕКА ПРИ ПРОСЛУШИВАНИИ МУЗЫКАЛЬНЫХ ПРОИЗВЕДЕНИЙ»

ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2004, том 30, № 1, с. 62-69

УДК 612.821.2 +612.822.3

СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭЭГ ЧЕЛОВЕКА ПРИ ПРОСЛУШИВАНИИ

МУЗЫКАЛЬНЫХ ПРОИЗВЕДЕНИЙ

© 2004 г. Р. А. Павлыгина, Д. С. Сахаров, В. И. Давыдов

Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Москва Поступила в редакцию 20.03.2003 г.

При прослушивании музыки возникает определенная перестройка показателей функции спектральной мощности (СМ) биопотенциалов мозга человека, которая имеет характерные особенности в зависимости от специфики музыки. При прослушивании классической музыки (слабой и средней интенсивности) возникает широко генерализованное по коре повышение СМ в высокочастотном диапазоне ЭЭГ (а2, рх, р2, у). При прослушивании рок-музыки (средней и сильной интенсивности) повышение СМ происходит преимущественно в 0- и ах-диапазонах частот. В пределах каждого паттерна ЭЭГ были различия, обусловленные разной интенсивностью используемой музыки.

Основной признак доминанты - явления, открытого A.A. Ухтомским [1], - это суммация, когда наличная деятельность усиливается за счет активации других структур мозга, не имеющих прямого отношения к доминирующей в данный момент деятельности.

В ранних работах [2, 3] с исследованием реализации принципа доминанты в интегративной деятельности мозга человека мы использовали в качестве стимулов, тестирующих доминантный очаг, такие сенсорные раздражители как звук, свет, которые обычно применяются в подобных экспериментах на животных. В качестве сенсорных стимулов, тестирующих доминантное состояние у человека, мы решили применить музыку. С нашей точки зрения, музыка является не случайным продуктом творчества человека, так как она по своей природе (нестационарность, полиморф-ность) наиболее адекватна, если судить по электрической активности мозга и тем процессам, которые в нем происходят. Кроме того, музыка, присутствуя в повседневной жизни человека, может оказывать то или иное воздействие на работу, совершаемую в данный момент. Нами в работе [4] экспериментально было показано, что результативность распознавания человеком за-шумленных зрительных образов повышается, если доминирующая в данный момент работа начинает сопровождаться музыкой. Отметим, что максимально положительный эффект возникает при использовании музыки определенной интенсивности. Мы планируем исследовать функциональное состояние мозга по его электрической активности при распознавании зашумленных зрительных образов как в условиях сенсорно обедненной среды, так и при музыкальном сопровождении. В данных исследованиях необходимо выяснить, какие изменения в электрической активности мозга

происходят при прослушивании музыки без наличия какой-либо распознавательной деятельности.

Целью настоящей работы было проведение спектрального анализа ЭЭГ различных областей коры головного мозга человека в состоянии спокойного бодрствования с открытыми глазами, а затем при прослушивании классической или рок-музыки разной интенсивности.

МЕТОДИКА

В экспериментах принимали участие 8 здоровых испытуемых (7 женщин и 1 мужчина) в возрасте от 22 до 47 лет без специального музыкального образования. Все они были правшами, у всех в спонтанной ЭЭГ присутствовал а-ритм. Испытуемый находился в звукоизолированной камере в кресле с подголовником. ЭЭГ регистрировали в 16 отведениях (Рр^ ^р2, С3, С4, Р3, Р4, 01, 02, ¥7, Т3, Т4, Т5, Т6) по международной системе 10-20. В качестве референтного электрода служил объединенный ушной электрод. Для регистрации ЭЭГ использовали накладные хлорсереб-ряные электроды, закрепленные на голове испытуемого мягким резиновым шлемом. ЭЭГ регистрировали на компьютерном электроэнцефалографе фирмы МБН (Москва). Постоянная времени усилителей составляла 0.3 с, фильтр верхних частот - 35 Гц, частота опроса - 256 Гц. Анализировали отрезки ЭЭГ после удаления артефактов от моргания. С этой целью программно проводили вычитание из нативной ЭЭГ модельной составляющей артефакта моргания, полученной методом аппроксимации для каждого канала отдельно. Модель артефакта моргания представляла собой полином девятой степени. Все участки ЭЭГ, срезанные из-за ограничения динамического диапазона усилителя или аналого-цифрового

преобразователя, предварительно восстанавливались полиномом третьей степени. Анализ ЭЭГ проводили на ЭВМ Pentium-II с использованием пакета программ Matlab-5.2 for Windows. Для каждого отведения вычисляли среднюю спектральную мощность (СМ) с использованием процедуры быстрого преобразования Фурье. Анализировали значения СМ в стандартных физиологических диапазонах частот: А - 0.25-4 Гц; б - 4.25-8 Гц; ах -8.25-10 Гц; а2 - 10.25-13 Гц; рх - 13.25-20 Гц; р2 -20.25-30 Гц; у - 30.25-40 Гц. Для анализа брали по 10 фоновых отрезков записи ЭЭГ и по 10 отрезков во время музыкального воздействия. Время каждого отрезка составляло 32 с. Эпохи анализа были 4 с. Достоверность различий значений уровней СМ ЭЭГ (фоновых и при действии музыки) для каждого испытуемого оценивали по критерию Вилкоксона-Манна-Уитни, а для всей группы испытуемых - по критерию Стьюдента (р < < 0.05). При обработке данных кроме определения уровней СМ ЭЭГ проводили оценку показателей относительной реактивности (R) различных компонентов ЭЭГ, рассчитанных по формуле: R = (СМм - СМф)/СМф, где СМф - спектр мощности в фоне, СМм - спектр мощности при музыке [5].

Каждый опыт продолжался около 30 мин, из которых 10 мин испытуемый пребывал в состоянии спокойного бодрствования с открытыми глазами при отсутствии звуковых и световых стимулов. Эти данные рассматривались как фоновые. После этого испытуемому предлагали пошевелиться для исключения влияния на ход эксперимента утомления и засыпания. Затем включали музыку (рок или классическая) фиксированной мощности и на фоне ее действия в течение 10 мин регистрировали ЭЭГ. После выключения музыки через 1-2 мин ЭЭГ регистрировали вновь в течение 5 мин с целью изучения следового эффекта от прослушивания музыки. Следующий опыт с тем же испытуемым проводили не ранее чем через неделю.

Для музыкального воздействия использовали записи рок-музыки в исполнении группы "Rolling Stones" трех степеней интенсивности. Средние значения интенсивности музыкальных фрагментов составляли соответственно для rx - 25 дБ, r2 -43 дБ и r3 - 62 дБ над порогом слышимости. В качестве классической музыки использовали фрагменты из "Концертов для фортепьяно с оркестром" № 20 и 21 В.А. Моцарта также трех степеней интенсивности (к - 35 дБ, к2 - 41 дБ и к3 -62 дБ над порогом слышимости). Звуковые колонки находились в экспериментальной камере на расстоянии 1.5 м от испытуемого. Определение интенсивности (уровня звукового давления около уха) музыки производили прибором, сконструированным по типу шумомера, датчик которого помещался на подголовнике кресла.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

При прослушивании классической музыки возникает определенная перестройка функции СМ потенциалов мозга человека, имеющая характерный паттерн в зависимости от интенсивности используемой музыки. На рис. 1 приводятся графические карты, на которых представлены изменения по отношению к фоновым показателям значений СМ, возникающие при прослушивании классической музыки. Приводятся суммарные данные по всей группе испытуемых. Проведенный анализ СМ по каждому испытуемому дал похожие результаты. На карты нанесены достоверные изменения СМ ЭЭГ по соответствующим проекционным точкам коры в анализируемых нами частотных диапазонах.

При прослушивании классической музыки слабой интенсивности (рис. 1, к1) СМ потенциалов уменьшается в А- и б-диапазонах частот во многих участках коры, а в а2-, Р1-, Р2- и у-диапазонах электрической активности она увеличивается за исключением фронтальных областей (Рр^ ^р2, ^з, в Р1-, Р2- и у-диапазонах. В а1-диапазоне частот столь генерализованного изменения СМ не обнаружено. При воздействии классической музыки средней интенсивности (рис. 1, к2) уменьшение функции СМ А-активности имеется лишь в затылочной коре. В б- и а1-диапазонах достоверных изменений СМ ЭЭГ не наблюдалось (кроме Р4). В а2-диапазоне повышение СМ происходит в передних отделах коры, в то время как в Р1- и, особенно, в Р2- и у-диапазонах значения СМ увеличиваются по всей коре, включая фронтальные области. Можно сделать вывод, что особенностью паттерна ЭЭГ при действии к2, в отличие от паттерна, сформированного во время к1, является большее включение в активное состояние потенциалов всей коры в высокочастотных диапазонах и менее выраженное уменьшение значения СМ в низкочастотном диапазоне.

Основная реакция электрической активности мозга на воздействие музыки к3 (рис. 1, к3) проявлялась в виде уменьшения значения функций СМ потенциалов по всем диапазонам частот. Необходимо отметить, что процент проявления снижения СМ был выше в левом полушарии (52%), чем в правом (21%). Кроме того, имеется локальное повышение значений СМ потенциалов в А-, а2-, Р1-, Р2- и у-диапазонах частот в височной области правого полушария.

Во время прослушивания рок-музыки трех степеней интенсивности полученные паттерны ЭЭГ имеют свои характерные особенности и отличаются от перестроек ЭЭГ при воздействии классической музыки (рис. 2). При воздействии рок-музыки слабой интенсивности (рис. 2, г1) происходит уменьшение СМ ЭЭГ, особенно генерализованное по коре в а2-, Р1- и Р2-диапазонах час-

кх О ■ О

ПАВЛЫГИНА и др. «1 «2 в1

в2

Рис. 1. Графические карты изменений спектральной мощности (СМ) потенциалов, возникающих при прослушивании классической музыки трех уровней интенсивности (кх, к2, соответственно). По горизонтали - диапазоны частот. Темные кружки - достоверное повышение СМ ЭЭГ по сравнению с фоновыми показателями, светлые - достоверное уменьшение.

к

2

к

3

тот. В б- и ах-диапазонах СМ уменьшается лишь в отдельных точках, в остальных отведениях значения СМ достоверно не отличаются от фоновых. Действие г2 (рис. 2) вызывает увеличение б-ак-тивности по всей коре (кроме Т4). В других диапазонах частот преобладает увеличение СМ в затылочной области, в то время как во фронтальной коре а2-, вх-, Р2-, у-активности уменьшаются либо значимые изменения отсутствуют

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком